TR73

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B2 - Mikroelemente



Spanende Fertigung von Formwerkzeugen mit filigranen Strukturen für die Blechmassivumformung

Projektstatus: laufend

Letztes Update: 27.01.2017



Mitglieder


Im Rahmen der Grundlagenuntersuchungen der bisherigen Projektphasen zur Mikrofräsbearbeitung von hochharten Werkzeugstählen konnten Prozessstrategien entwickelt werden, mit denen filigrane Formelemente mit Abmessungen von wenigen Millimetern (< 3 mm) nahezu gratfrei und mit einem arithmetischen Mittenrauwert von Ra < 0,1 µm hergestellt werden können. Die simulationsgestützte Auslegung des Prozesses ermöglicht zudem das Fertigen der Formelemente mit hoher Maß- und Formgenauigkeit. Im direkten Vergleich zu Erodierverfahren, die häufig bei der Herstellung von filigranen Elementen in gehärteten Stählen zum Einsatz kommen, kann durch den Mikrofräsprozess auf eine aufwändige Nachbearbeitung verzichtet werden. Darüber hinaus konnte eine lokale Anpassung der Reibungsverhältnisse durch bionische und technologische Strukturen erfolgreich realisiert werden, wobei die Oberflächenstrukturierung durch das Mikrofräsen an die Fertigung von Formelementen unter Nutzung der gleichen Mikrofräswerkzeuge und der gleichen Aufspannung angeschlossen werden kann.

Die lokale Adaption der Reibung und des gesteuerten Materialflusses durch Oberflächenstrukturen gilt es in der nächsten Projektphase weiter zu analysieren. Um die maximale Wirkung durch Oberflächenstrukturen zu erzielen, können hierbei unterschiedliche Varianten in Angrenzung zu einander erforderlich werden. Da sich diese in Form und Größe signifikant voneinander unterscheiden, können in den angrenzenden Bereichen unstetige Übergänge entstehen. Hierbei ist anzunehmen, dass sich diese negativ auf das Reib- und Verschleißverhalten auswirken. So zeigen Ergebnisse zu Verschleißuntersuchungen gerade im Bereich von scharfen Werkzeugkanten den höchsten Verschleiß der Strukturen. Im Rahmen der dritten Projektphase ist es geplant, Strategien für stetige Übergangsbereiche zwischen variierenden Strukturen zu entwickeln. Darüber hinaus gilt es, eine angepasste Strukturierung an Kavitäten und Werkzeugkanten zu realisieren, die eine verringerte Verschleißentwicklung aufzeigen.

Weiterhin gilt es, die Generierung der NC-Programme für das Mikrofräsen von Strukturen leistungsfähiger und effizienter zu gestalten. Durch eine Verknüpfung und Repetition von NC-Bahnen für einzelne Strukturelemente zu Verbünden können Einschränkungen bezüglich der Strukturanzahl resultierend aus den CAD/CAM-Systemen überschritten werden. Eine Weiterentwicklung von Algorithmen, die zur Verzerrung von NC-Bahnen eingesetzt werden, soll zudem genutzt werden, um eine automatisierte Adaption der Struktur auf gekrümmte Oberflächen zu realisieren. Zur Steigerung der Leistungsfähigkeit des Mikrofräsprozesses ist zudem geplant, eine Schneidkantenpräparation von VHM-Mikrofräswerkzeugen zu untersuchen. Bereits durchgeführte Voruntersuchungen liefern Ergebnisse, die sowohl eine höhere Standzeit der Werkzeuge als auch eine bessere Prozessplanungssicherheit versprechen.

Weiterhin ist es in der dritten Phase geplant, die Mikrofräsbearbeitung durch Nassstrahlspanprozesse zu erweitern. Es ist vorgesehen, Nassstrahlverfahren zur Nachbehandlung von PVD-Hartstoffschichten (TP B5) und DLC-Beschichtungen (TP B4) einzusetzen, um die Oberflächenrauheit nach dem Beschichtungsprozess zu verringern und so die tribologische Wirkung der Schicht zu verbessern. Zuzüglich gilt es, das Nassstrahlspanen hinsichtlich der Einstellung von Druckeigenspannungen in schwer zugänglichen Bereichen, wie den kleinen Kavitäten, zu untersuchen. Hierbei sind Veränderungen in der Randzone auch im Zusammenhang mit dem Armierungsvorgang der Umformwerkzeuge zu analysieren.

a) Mikroplangefräste Oberflächen, b) Fertigung von Formelementen und c) funktionale bionisch motivierte Oberflächenstrukturen

a) Mikroplangefräste Oberflächen, b) Fertigung von Formelementen und c) funktionale bionisch motivierte Oberflächenstrukturen


Arbeitskreise


Veröffentlichungen

    2017

    • Tillmann, W.; Stangier, D.; Nelson-Filipe Lopes-Dias; Biermann, D.; Krebs, E.: Adjustment of Friction by Duplex-Treated, Bionic Structures for Sheet-Bulk Metal Forming. In: Tribology International, (2017), akzeptiert